(57)【要約】【課題】ボールエンドミルの寿命や加工面の面粗さ向上に有効な構造を提供して切れ刃の強度向上、円滑な切削及び切屑の円滑な排出の効果をより高めることを課題としている。【解決手段】ボール刃３が工具の正面視において回転中心Ｏと当該ボール刃の径方向外端３ｏを結ぶ線に対して工具回転方向に凸形状をなしているボールエンドミルを対象にして、ボール刃３の各部のすくい角γを−１０°〜０°の範囲に設定し、かつ、そのすくい角γの負の値をボール刃３の先端及びそのボール刃の径方向外端３ｏから径方向中間地点に向って増大させて径方向の略中間の地点において最大にした。【選択図】図２
2010105093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略１／４円の円弧をなすボール刃（３）の各部のすくい角γを−１０°〜０°の範囲に設定し、かつ、そのすくい角γの負の値をボール刃（３）の先端及びそのボール刃の径方向外端（３ｏ）から径方向中間地点に向って増大させて１／４円の略中間の地点において最大にし、なおかつ、そのボール刃（３）を、工具の正面視において回転中心（Ｏ）と当該ボール刃の径方向外端（３ｏ）を結ぶ線（Ｌ１）に対して工具回転方向に凸形状をなす刃にしたボールエンドミル。
【請求項２】
２枚刃エンドミルの各ボール刃（３）の内端（３ｉ）を工具の回転中心（Ｏ）を越えて他方のボール刃側に入り込ませ、
さらに、工具中心部に、ボール刃（３）の内端側に沿って回転中心（Ｏ）を越えた位置まで入り込む第１のギャッシュ部（６）と、その第１のギャッシュ部（６）に隣接してその第１のギャッシュ部（６）よりもさらに他方のボール刃側に入り込んだ第２のギャッシュ部（７）を備えさせた請求項１に記載のボールエンドミル。
【請求項３】
前記ボール刃（３）の径方向外端（３ｏ）付近のすくい角γを０°又は負に設定し、さらに、ボール刃（３）の径方向外端に連なる外周切れ刃（４）のすくい角γ１を正の角度に設定して外周切れ刃（４）に沿った刃溝（５）をエンドミルの軸直角断面視において凹曲面をなす形状にした請求項１又は２に記載のボールエンドミル。
【請求項４】
最先端近傍を除く部分の芯厚（Ｗ）を、エンドミルの有効径をＤとして０．２〜０．５Ｄに設定し、さらに、前記ボール刃（３）の、径方向外端付近のすくい角γが０°又は負に設定される領域の工具軸方向長さを０．１Ｄ以下にした請求項３に記載のボールエンドミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属の切削加工に用いるボールエンドミル、特に、円滑な切削及び円滑な切屑排出を実現して工具寿命や加工面の面粗さを向上させたボールエンドミルに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンドミルは、硬度の高い超硬合金などの素材で形成して高硬度材の切削や高速切削に対応したものが増加している。ボールエンドミルも同様であるが、硬質素材で形成したボールエンドミルは、ハイス鋼などを素材としたボールエンドミルに比べて切れ刃が欠けやすいことから、先端のボール刃の耐チッピング性や切屑排出性を高めて工具寿命や加工面の面粗さを向上させることが行われている。そのことについて述べた文献として、例えば、下記特許文献１〜３などがある。
【０００３】
特許文献１が開示しているボールエンドミルは、２枚刃エンドミルのボール刃を芯上がりの配置にし、回転中心部に長さの規定されたチゼルエッジ（チゼル刃）を設けている。このボールエンドミルは、チゼルエッジの長さを規定することでチゼルエッジの前方に刃溝が存在する割合を大きくして切屑の排出性を向上させたものである。
【０００４】
また、許文献２が開示しているボールエンドミルは、２枚刃エンドミルの各ボール刃を芯上がりの配置にして回転中心部にチゼル角の限定されたチゼルエッジを設けている。このボールエンドミルは、各ボール刃を芯上がりの配置にすることでノーズ部の刃厚を増加させて回転中心部の刃先を強化し、さらに、回転中心に位置するチゼルエッジのチゼル角を限定することでチゼルエッジに削られた切屑を良好に排出するようにしている。
【０００５】
特許文献３が開示しているボールエンドミルも、２枚刃エンドミルの各ボール刃を芯上がりの配置にして回転中心部にチゼルエッジを設けている。このボールエンドミルは、ボール刃の内端を工具の回転中心を越えて他方のボール刃側に入り込ませることで、いわゆる突っ込み加工を可能にしている。
【０００６】
これ等の特許文献に開示されたボールエンドミルは、ボール刃を芯上がりの配置にしたこと、ボール刃の内端を工具の回転中心を越えて他方のボール刃側に入り込ませたこと、回転中心部にチゼル刃を備えさせたことが共通するものである。
【０００７】
【特許文献１】特許第３８３３８７５号公報
【特許文献２】特開２０００−２３３３１１号公報
【特許文献３】特開２００１−９６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１〜３が開示しているボールエンドミルは、ボール刃の内端を工具の回転中心を越えて他方のボール刃側に入り込ませることで回転中心部におけるギャッシュ部（刃溝）が大きくなっており、回転中心部での切屑排出性が向上する。また、ボール刃の内端が回転中心を越えた刃形により、ボールエンドミルでのいわゆる突っ込み加工が可能になっている。
【０００９】
しかしながら、これ等の特許文献が開示しているボールエンドミルは、切込みが小さければ切屑排出性の向上を期待できるが、高切込みの条件では切屑が厚くなるため、幅の狭い回転中心部のギャッシュ部では切屑を円滑に流すことができず、切屑詰まりの問題が発生する。
【００１０】
特に、突っ込み加工を実施した場合、回転中心部でも厚みのある切屑が生成されるため、幅の狭いギャッシュ部では切屑の良好な排出が望めない。
【００１１】
また、いずれのボールエンドミルもボール刃が芯上がりの配置になっているので、突っ込み加工を行う場合には特に、切削抵抗（スラスト）が大きくて振動が発生しやすく、加工の安定性確保が難しくなる。
【００１２】
発明者は、この問題の解決策を模索し、切屑排出性の向上と切削抵抗の低減に関して特許文献１〜３などに開示された構造よりもさらに有効な構造があることを見出した。
【００１３】
この発明は、その構造を提供してボールエンドミルによる切屑の円滑な排出、抵抗の小さな安定した切削を実現すること、それと同時に刃先も強化することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、この発明においては、ボールエンドミルの略１／４円の円弧をなすボール刃の各部のすくい角γを−１０°〜０°の範囲に設定し、かつ、そのすくい角γの負の値をボール刃の先端及びそのボール刃の径方向外端から径方向中間地点に向って増大させて１／４円の略中間の地点において最大にし、なおかつ、そのボール刃を、工具の正面視において回転中心と当該ボール刃の径方向外端を結ぶ線に対して工具回転方向に凸形状をなす刃にした。
【００１５】
ここで言うボール刃の先端は、回転中心の刃である。また、ボール刃の各部のすくい角は、ボール刃の円弧中心から放射方向の断面におけるすくい角である。さらに、ボール刃の径方向の中間地点とは、ボール刃が略１／４円として現われる平面図（図１参照、これは図３のＸ方向視の図）において、ボール刃の円弧中心から放射状に延びだす直線が工具軸心からα＝４５°回転した地点を指す。
【００１６】
このボールエンドミルは、２枚刃エンドミルとして構成されるものについては、中心対称位置に配置される各ボール刃の内端を工具の回転中心を越えて他方のボール刃側に入り込増せ、さらに、工具の正面視においてボール刃の内端側に沿って回転中心を越えた位置まで入り込む第１のギャッシュ部と、その第１のギャッシュ部に隣接してその第１のギャッシュ部よりもさらに他方のボール刃側に入り込んだ第２のギャッシュ部を工具中心部に備えさせると好ましい。
【００１７】
また、前記ボール刃の径方向外端付近のすくい角γを０°又は負に設定し、さらに、ボール刃の径方向外端に連なる外周切れ刃のすくい角γ１を正の角度に設定して外周切れ刃に沿った刃溝を、エンドミルの軸直角断面視において凹曲面をなす形状にすることや、
最先端近傍を除く部分の芯厚を、エンドミルの有効径をＤとして０．２〜０．５Ｄに設定し、さらに、ボール刃の、径方向外端付近のすくい角γが０°又は負に設定される領域の工具軸方向長さを０．１Ｄ以下にすることも好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
この発明のボールエンドミルは、ボール刃の各部のすくい角γを−１０°〜０°の範囲（ネガティブ）に設定し、さらに、そのすくい角γの負の値をボール刃の径方向の略中間の地点において最大にしており、ボール刃の径方向の略中間の地点が最大に強化される。
【００１９】
ボールエンドミルは、ボール刃の径方向内端から径方向中間付近までが多用される傾向にあり、従って、上記範囲の中でも切削速度の大きいボール刃の径方向中間地点付近を強化することで、切れ刃の強度を効果的に高めることができる。
【００２０】
切削速度の小さい径方向内端側はすくい角を大きくして切れ味低下を抑えているので、良好な切削性も確保される。
【００２１】
また、ボール刃を工具の正面視において回転中心と当該ボール刃の径方向外端を結ぶ線に対して工具回転方向に凸形状をなす刃にしたので、切屑が回転中心側に誘導されやすくなり、その作用で切屑排出が良好になり、安定した切削、加工面の傷付きの少ない円滑な切削が期待できるようになる。
【００２２】
また、ボール刃の各部のすくい角γをボール刃の径方向の内、外端から径方向の中間地点に向って変化させた（負の値を増大させた）ことで、図３のＹ方向視（側面視）においてボール刃に沿うすくい面が凸曲面となり、このすくい面の形状も切屑の流出性を向上させる。
【００２３】
なお、上記において好ましいとした形態も、切屑排出性の向上や切削抵抗低減などの効果を期待できる。この点については、次項で詳細に述べる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面の図１〜図７に基いて、この発明のボールエンドミルについて説明する。ボールエンドミルの実施形態の要部を図１〜図３に示す。例示のボールエンドミルは、本体部１とシャンク２が超硬合金によって一体に形成された２枚刃のコーティング超硬ソリッドボールエンドミルである。
【００２５】
本体部１の先端には、２枚のボール刃３と、各ボール刃の径方向外端に連なるねじれ刃の外周切れ刃４と、各刃に沿って延びる刃溝５と、その刃溝の最先端に連なる第１、第２のギャッシュ部６，７を設けている。
【００２６】
２枚のボール刃３は、回転中心対称位置に配置している。外周切れ刃４、刃溝５及び第１、第２のギャッシュ部６，７も、同様に回転中心対称をなす配置にしている。
【００２７】
ボール刃３は、略１／４円の円弧をなす刃であり、図３に示す工具の正面視において、回転中心Ｏと当該ボール刃の径方向外端３ｏを結ぶ線Ｌ１に対して工具回転方向に凸形状をなす。
【００２８】
回転中心にはチゼル刃８を設けており、各ボール刃３は、そのチゼル刃８に連なってチゼル刃８の位置から径方向が外側に延びだしている。
【００２９】
そのボール刃３の、図１におけるＩ−Ｉ，II−II，III−IIIの各線に沿った部分の断面を図４の（ａ）〜（ｃ）に示す。これ等の図において、符号９は、ボール刃３のすくい面、１０は逃げ面である。これ等の図からわかるように、ボール刃３の各部のすくい角γは互いに異なる値に設定している。
【００３０】
そのすくい角γは、−１０°〜０°の範囲に設定しており、さらに、そのすくい角γの負の値はボール刃の先端（チゼル刃８との接続点）及びボール刃の径方向外端３ｏから径方向の中間地点に向って増大させて径方向の略中間の地点（角α＝４５°の地点）において最大にしている。そのすくい角γは、例えば、図１のＩ−Ｉ線の位置では−３°、II−II線の位置では−７°、III−III線の位置では−３°といった値に設定される。
【００３１】
このボール刃３の各部におけるすくい角γの変化により、図３のＹ方向視である平面図（図２）において、凸曲面のすくい面９がボール刃３に沿って形成される。この凸曲面のすくい面９は、多用されるボール刃の径方向中間地点を最大に強化し、さらに、回転中心側で切屑を回転中心側に誘導する効果が高まる。また、ボール刃の径方向中間地点よりも後方で刃溝５の工具軸心に対する傾きが増加して刃溝の捩れ角を実質的に大きくしたのと同様の状況が作り出され、そのために、切れ刃から離れるに従って排出力が低下する切屑に再び大きな排出力が働くようになって切屑の排出性が向上する。
【００３２】
逃げ面１０の逃げ角θは、ボール刃３の各部において一定である。この逃げ角θは、ボールエンドミルで一般的に採用される値でよい。
【００３３】
図６に示すように、ボール刃３の径方向の内端３ｉを、工具中心部においてエンドミルの回転中心Ｏを越えて他方のボール刃側に入り込ませ、工具の正面視において回転中心部でオーバラップさせており、この３ｉを含むボール刃の内端側部分に沿って工具の中心部に第１のギャッシュ部６を設置している。その第１のギャッシュ部６も回転中心Ｏを越えて他方のボール刃側に入り込んでいる。
【００３４】
また、第１のギャッシュ部６に隣接してその第１のギャッシュ部６よりもさらに他方のボール刃側に入り込む第２のギャッシュ部７を工具中心部に設けている。
【００３５】
このように、ボール刃３の内端を回転中心部でオーバラップさせて中心にチゼル刃を配置すると、回転中心部の形状がドリルの形状に近づき、軸方向に送りをかけた突っ込み加工を行うことが可能になる。
【００３６】
また、第１のギャッシュ部６に隣接させて第２のギャッシュ部７を設置したことで工具中心に配置されるギャッシュ部の幅が広がり、回転中心部での切屑の流れが良くなって高送り加工や突っ込み加工での切屑排出性が向上する効果も得られる。このように、第２のギャッシュ部７の他方のボール刃側への入り込み量を第１のギャッシュ部の入り込み量よりも大きくしてギャッシュ部を拡大させているので、ギャッシュ部を拡大することによる回転中心部における刃部強度の低下は少ない。
【００３７】
ボール刃３の径方向外端付近のすくい角γは０°又は負に設定している（図５の鎖線参照）。また、外周切れ刃４については、図５に鎖線で示すように、すくい角γ１を正の角度に設定して外周切れ刃に沿った刃溝５を、エンドミルの軸直角断面視（図５）において凹曲面をなす形状にしている。このような形状にすることで、切屑を回転中心側に誘導する作用も高まって切屑排出性がさらに高められる。
【００３８】
最先端近傍を除く部分の芯厚Ｗ（図５参照）は０．２〜０．５Ｄの範囲が適している。また、ボール刃３の、径方向外端付近のすくい角γが０°又は負に設定される領域の工具軸方向長さは０．１Ｄ以下が好ましい。そのような要件を満たしたものは、必要強度を維持しながら刃溝５の深さを十分に確保することができる。また、すくい角が０°未満で切屑を回転中心側に誘導する力が強く働かない領域の軸方向長さを短くすることで切屑排出性の更なる改善を期待できる。
【００３９】
図６は、図３の正面図を拡大して示している。この図６及び、その図の回転中心部をさらに拡大した図７からわかるように、各ボール刃３は、芯上がり量がほぼ０になる配置にして回転中心のチゼル刃８に連ならせている。各ボール刃３の芯上がり量を可及的に小さくすることでボール刃３が回転して生成される回転軌跡、即ちボールＲ精度の低下を抑制しており、加工面精度が向上する。
【００４０】
図７に示すように、ボール刃３の径方向の内端３ｉを、エンドミルの回転中心Ｏを越えて他方のボール刃側に入り込ませて工具の正面視において回転中心部でオーバラップさせ、回転中心を越えた部分のすくい面９と第１のギャッシュ６の壁面とのコーナＣをＲ面で形成することで、各ボール刃３の芯上がり量をほぼ０にして回転中心部にチゼル刃８を生じさせることができる。
【００４１】
なお、以上の説明は、超硬ソリッドエンドミルを例に挙げて行ったが、この発明の適用対象は、ソリッドエンドミルに限定されない。また、素材も超硬合金、コーティング超硬合金、ＣＢＮ等に限定されない。
【実施例１】
【００４２】
Ｒ半径５ｍｍのボール刃を有する超硬合金製のボールエンドミル（発明品と比較品）を準備した。発明品は工具中心部に第１のギャッシュ部と第２のギャッシュ部を設けた図６の構造である。比較品は、ボール刃の各部のすくい角が０°で均一、工具中心部には第１のギャッシュ部のみを設置している。
【００４３】
このボールエンドミルによる切削を以下の条件で行った。
被削材：ＮＡＫ８０（４０ＨＲＣ）
−切削条件−
切削速度Ｖｃ：８０ｍ／ｍｉｎ
一刃当たり送り量ｆｚ：０．１ｍｍ／刃
切込みａｐ：３ｍｍ
ピックフィードｐｆ：１．５ｍｍ
水溶性切削液を使用したウエット切削
加工機及：マシニングセンタＢＴ４０
切削長５０ｍの時点で切れ刃部の性状の評価を行った。
その結果、発明品は、ボール刃の各部の正常な状態が維持されていた。これに対し、比較品は、ボール刃の径方向中間地点にチッピングが見られた。また、発明品は回転中心部も含めて有効刃部の全域で切屑排出性が良好で回転中心部の刃の損傷が見られず、加工面の傷付きも観察されなかったが、比較品は、切屑排出性が悪く、ボール刃の内端付近が摩耗して工具回転方向に後退していた。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明のボールエンドミルの実施形態の要部を示す平面図
【図２】図１のボールエンドミルの９０°回転した位置での側面図
【図３】図１のボールエンドミルの正面図
【図４】（ａ）図１のＩ−Ｉ線に沿った位置の拡大断面図、（ｂ）図１のII−II線に沿った位置の拡大断面図、（ｃ）図１のIII−III線に沿った位置の拡大断面図
【図５】図１のＶ−Ｖ線に沿った部分の拡大断面図
【図６】図３を拡大した図
【図７】回転中心部の刃形をさらに拡大して示す正面図
【符号の説明】
【００４５】
１          本体部
２          シャンク
３          ボール刃
３ｉ        内端
３ｏ        外端
４          外周切れ刃
５          刃溝
６          第１のギャッシュ部
７          第２のギャッシュ部
８          チゼル刃
９          すくい面
１０          逃げ面
Ｏ          回転中心
α          ボール刃の円弧中心と径方向中間地点を結ぶ線までの工具軸心からの角度
γ          すくい角
θ          逃げ角
【図１】
2010105093.tif 000003
【図２】
2010105093.tif 000004
【図３】
2010105093.tif 000005
【図４】
2010105093.tif 000006
【図５】
2010105093.tif 000007
【図６】
2010105093.tif 000008
【図７】
2010105093.tif 000009